跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健 身器的最佳选择。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售也不错，近几年价格已有上升趋势。这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。 此次设计的任务为学习相关三维软件并使用软件进行电动跑步机机械部分的零件建摸，结构设计，产品的装配，和最后出产品的 工程 图 。 设计过程中使用了三维实体软件 行了零件的实体建模，和总体结构的设计。设计包括支架，基架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计中参考了国内外各品牌结构 和样式，对传动机构进行了精确计算，而且设计中重点突出了 减震系统的重要性和跑步 机的辅助功能的使用以及跑步机的保养问题 ，设计更为人性化，使跑步者能感受到跑步机的力量。 ...................................................... 24 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 前 言 跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。 户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道 呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成了时下健身最热门的健身器械。跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也使我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。 电动跑步机，又名电动跑台，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑 、变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。跑步机在健身者运动时能显示出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。 跑步机双面宽厚的跑带带给您草地般舒适感觉，马力强劲的电机带给您澎湃恒久的动力，灵敏的控制器配合芯片使您在跑步过程中随心所欲，坚固的钢架以及防爆冲装置使您的安全尽在掌握。电跑使您在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动 的乐趣。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 1 总体方案设计 基本功能 跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道，跑道的运动方向与运动者的 跑步 方向相反，但速度必 须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼。 为了 实现跑步机的功能，跑步带的驱动与速度控制：通常 是 使用直流电动机驱动，直流电动机又是 通过 使用 半导体功率器件， 从而通过 脉冲宽度控制 （ 方式实现调速 。 [1] 构造设计 多功能电动跑步机主要由机架、电动机 、跑步皮带及仪表控制盘等组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的前后两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮的张紧装在前滚筒的一端，电动机和可调电源 ,安 装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端两侧，仪表控制盘安装于扶手架上。传动方式采用带传动机构，传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和伏地挺身架使机器实现其多功能性。 图 1功能跑步机 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 功能原理的确定 目前市场上比较常见的有传统跑步机和电动跑步机两种。传统跑步机，俗称“被动式跑步机”， 是我国上世纪 80年代从国外引进健身观念时并为适应当时国情 而开发的具有“中国特色”的过渡产物。它的动力来源是运动者通过自身臂部、膝部、踝关节的活动，带动跑步机而产生的运动。速度由运动者自己控制。这种运动方式，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，但其时造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍。 据医学专家林共周博士解释：在马路上跑步，每跑 1000 米，每只脚就得撞击地面约 1000 次左右。而在传统跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝、膝部和臀部的肌肉，特别是肌腱，还要额外承担向后的扭力来确保跑带向后运动。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容 易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，造成损伤。很多传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部就越跑越粗，关节也越练越没有力气。 传统跑步机并不适合患有脊椎软骨突出、膝关节炎、踝关节扭伤、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎等的人，因为长期的跑步可能会加重慢性扭伤的情形或加 速膝关节的老化。 电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材， 这种跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。跑步时后脚跟先着地，顺着跑带方向运动。手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。由于跑带的运动方向 与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，跑起来非常舒适。康复者、儿童、老年人也可以保持身体平衡，从而集中精力安心锻炼。如果相应的增加运动量，可以加快舞动手脚的速度。用电动跑步机即能消除关节的负载，也能减肥健身，还有益于受伤后身体的恢复。 它通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动跑步机上走跑的人感到十分轻松自如，可使人比普通跑步多跑 1／ 3 左右的路程，能量消耗也比普通走、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境 。 小结 多功能电动跑步机就是构造一条运动的跑带， 跑道的运动方向与运动者的 跑步 方向相反，但速度必须自动保持一致， 使运动者能在原地进行跑步锻炼。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 2 电动机类型与参数的选择 型功率选择 当人 在跑步 机 上跑步或走路 时 ，跑步 机 所承 载 的重量是 人体 重的 马力就是在 这样的载 重量下， 还 能 满足并维持 所 选择 的速度， 让人 可以在跑步 机 上走跑自如的 驱动 力。通常跑步 机 一 个马 力大概可提供 50~60公斤的承 载 重量，但跑步 带面积 大小也和跑步 机马 力有 相当 直接的 关系 ，跑步 机 的 马 力越大，可以 带动 的跑步 带 面 积 也越大，所以 衡量 效率及安全性 后 ，一般 建议 ，家用跑步 机 合宜的 持续 ( 力 应该 至少 力以上，如 果 家人的 体 重有超過 80 公斤，則 应选 续 (力以上的跑步 机 。 此跑步机设计标准为 100公斤，则电动跑步机用电动机 — 永磁直流电动机 该型电动机系大功率跑步机中配套的专用驱动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动元件。该电 动机显著的特点： 具有转速精度高，当人在跑步机上运动时，是一个冲击负载，该机在这种冲击作用下一转不差，保持同步转速如同在平地上一样感觉。 表现在调速方便（可无级调速） ，调 速范围宽，低速 性能（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。 术参数 [2] 型号 6 电压 220 功率 P 电流不大于 转速 3400±7% 转向逆时针 绝缘等级 F 级 72 图 2电动机外型图 图 转矩大才能使用 健身的人跑步较 快 ,但是重量轻 ,因此高速时的转矩需求较小 ;跑步机必须满足家庭成员每一个人都能购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 使用 ,因此调速范围要宽广 ,低速转矩要大 ,才能满足不同重量的人 。 目前跑步机使用的驱动装置以直流电机为多 ,优点是价格便宜 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 3 传动机构 设计 工作机构类型选择带传动 ,属于定传动比匀速转动机构。带传动具有结构简单，成本低廉 能缓和载荷冲击，运行平稳，无噪声，过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏，具有过载保护作用。 初始条件：选择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率 P=主动轮转速为 400r/动比定为 i=2:1 由于多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，所以择之。以下计算过程所用到的表和图来源： 卜炎主编 . 机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社， 1999 [3] 图 3动机构 1、确定设计功率 d＝ （ 3 工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间〈 10 小时，载荷变动 小。 表 8d= （ 3 2、带型号的选择 对于多楔带的型号可根据设计功率 小带轮转速 400r/图 8— 21选取 ,选 3、确定带轮直径 效直径） 小带轮有效直径： 由表 80表 8 带轮有效直径 : 小带轮节圆直径 △ e=*6 （ 3 由表 8 e=带轮节圆直径 *7 （ 3 e=67 （ 3 由表 8 3、计算带速 v v=π （ 60× 1000） m/s （ 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 注意： v↑ — →离心力、离心应力↑ — → — →单位时间内的应力循环次数 N↑ v↓ — → P=F× v/100 可知， F↑ — →张紧力↑ 一般 ～ 25 m/s，最大 30 m/s，在 8～ 15 m/s 较好 V=∏*36*0=0m/s,合适 （ 3 5、初定中心距 心距的大小对带传动的影响： a↑ — →结构大 — →由于载荷变化引起带的颤动 — →掉带 a↓ — →带的长度↓ — →在 一定速度下，单位时间内带的应力变化次数 N 愈多，会加速带的疲劳损坏； — →当传动比 角↓ 对于 心距 2（ ≥ （ 3 193 初定 50、确定带的有效长度 /2（ +(（ 3 =2*150+表 8 50、计算实际中心距 a 中心距的变动范围 考虑安装调整和补偿张紧力的需要（如胶带伸长而松弛后的张紧），尚需给中心距留有一定的调整余量。由表 8,￡ . 作用在轴上的载荷 为设计轴和轴承，需确定带传动作在轴上的力 60* （ 3 =楔带带的选择 图 3楔带 根据计算： 跑步机传动机构选择 12楔带 [4]。 跑步机多楔带的要求： 质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分均匀，转速高时要经过动平衡 ；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般为 以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 材料： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 速较高时宜采用铸钢（或用钢板 冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。 [5] 结构 设计： 带轮由轮缘，轮辐和轮毂三部分组成： 1、 实心式：带轮基准直径小于 3d(时 2、 腹板式：带轮基准直径小于 300～ 350 3、 轮幅式：带轮基准直径大于 300～ 350 带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸 ： 则小带轮 D=取实心式，大带轮 D=63选取腹板式， 小带轮随电机一起购买。规格： 以跑步机大带轮 构和尺寸： 要求带轮每毫米有效直径的轮槽轴向圆跳动公差值为 距 e= 槽角 α=40o± 楔顶圆角半径 底圆弧半径 大值为 验用圆球或圆柱直径 X 2N 最大值 f 最小值为 效线差公称值 ￡ e=向跳动公差 间直径差值最大 2,带轮宽 =11*=[7] 小结 多楔带 适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 4 外型结构设计 为了保证整个系统的稳定性和减震系统的有效性，基架全部采用焊接结构。基架设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。支架，滚筒的选择，以及前后 是依据基架的尺寸和形状设计的，所以设计开始首先考虑基架的设计，进行样式，结构，还有尺寸的确定。主要是通过市场调研，看现有市场上的跑步机的基架结构的流行趋势进行设计，在此基础上进行自己产品的开发，少走弯路，紧跟市场，在 尺寸的确定方面参考了 人 体运动 工 学 推算， 58 带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑电机的尺寸、传动机构带传动的中心距离、电机的安装、前后滚筒的位置、 速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等，设计上图的基架，在设计中特意将两边框设计了足够的宽度，为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外为防止万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。 [8] 图 4基架 支架设计分为上下两部 分通过插拔的形式安装和拆卸，目的是包装时节省空间，材料采用空心钢管，连接为焊接，保证支架的稳定性。支架包括扶手、仪表安装、辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接于辅助连杆上。与基架的连接采用螺栓连接，方便位置的调整和拆装。底部安有橡胶垫和尾套，保证平衡，最重要的是实现减震的二级缓冲。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 12 图 4支架 旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安全性，同时为了技术保护和美观，前后罩使用 观，有质感，能起到有效的防 护作用。设计基准为基架，通过螺钉与基架连接，方便安装和维护维修。 图 4 前罩 小结 整个结构的设计用 行三维的实体设计，使设计简单化，可以把工作的精力大多都放在设计上而不是复杂的制图上。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 5 前后滚筒 轴承类型：深沟球轴承，轴承代号： 6301 。 轴承参数：轴承内径： 12，轴承外径： 37，轴承宽度： 12，额定动载荷： 7480，额定静载荷： 4650，极限转速： 22000， 润滑方式：脂润滑。 工作参数：径向载荷： 向载荷： 0，使用寿命： 30000，工作转速： 荷系数： 滚筒轴属于固定心轴 —— 只承受弯矩 M≠ 0；不承受扭矩 T=0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。 结构设计应满足的基本要求： 1、轴与轴上零件应具有准确的工作位置 —— 定位要求； 2、轴上零件应易于装拆和调整 —— 安装调整要求； 3、轴上零件的固定应牢固可靠 —— 紧固要求； 4、轴应具有良好的制造工艺性 —— 工艺要求； 5、应尽量减少应力集中 —— 提高疲劳强度的要求； 轴的各部分结构名称制造安装要求： 1、为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴； 2、为使轴上零件易于安装，轴端和各轴段的端部应有导角； 3、轴的形状和尺寸力求简单，以便于加工； 4、轴上磨削的轴段有砂轮 越程槽；需车制螺纹的轴段，应有推刀槽。 轴的材料： 轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是：强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。 轴的材料主要采用中碳钢 35 或 45 钢和合金钢 20 40。 最常用的是 45#钢（含碳量 ），它具有较高的综合机械性能。 此设计采用 45#钢。 轴的设计包括两个方面： 结构设计：使轴具有合理的结构形状，良 好的加工工艺性。 强度计算：保证轴在载荷作用下不致断裂或产生过大的变形。 轴的结构设计： 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 轴的端部应有 45 度倒角，以便安装时对中，防止锐边划手。 轴的结构设计主要根据以下几个方面： 轴上零件的配置；轴上零件的固定；轴上零件的装拆；轴的加工工艺性。 轴上零件的固定可分为两个方向： 周向固定：传递扭矩和运动，采用过盈配合（轴承内圈）； 轴向 固定： 防止零件在运转时产生轴向移动，采用圆螺母。 图 5 滚筒结构 强度计算 由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取 T=0。由于 是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力。所以 固定心轴的许用应力应为 。 最大弯矩 M=*300=弯截面系数 W=∏*4 =[]=2*10 (5强度 =M/W=81/(∏*4)=81/2*100 (5材料采用 45 号调质钢许用弯应力为 102 40〈 102 则通过设计能承受足够的工作强度。 [10] 滚筒要求 主动滚筒的外圆全跳动小于 动滚筒的外圆全跳动小于 筒均采用 厚的优质钢管，光洁度达到 下。滚筒均有防静电处理。滚筒外部经防锈处理。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 图 5前滚筒 图 5后滚筒 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 6 跑步板及跑步带设计 步板 电动跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高；又可随时将摩擦产生的静 电荷通过底座导出，避免静电对人体的不舒感和对跑步机造成的损害。基板由高密度或中密度纤维板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好， 本身也提供一部份的吸震功能， 导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨。 跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性， 跑步带国际防滑型，运动时安全可靠 。 跑步 机 ， 其实 就是 提供 一 个 跑步 的 面 积 ，所以 绝对 要在乎跑步 带 面 积 的大小，左右宽 度及前 后长 度都要 够 ， 否则无 法自然 迈开 步伐，跑起來 弯 扭不 顺畅 ，更容易跌倒。 根据 人 体运动 工 学 推算， 581200 应 是一 个 合宜的 参 考面 积 ，然 后 再依 个 人的实际条 件做 增减 。有不少 厂商 生 产 "加 码 "跑步 机 ，跑台加 宽 ，左右踏 条 增大，以 营 造物超所值得 虚 胖假象，但最重要的跑步 带 面 积并没 增加；所以 焦点 要放在跑步 带 面 积 上。理论 上來 说 ，在相同的 马力条件 下，如果跑步 机 所能提供的跑步 带 面 积 越大，且整台 实际 的 占 地面 积 越小， 应 是 较佳 的 设计 。 两个 螺栓 调 整法 图 6带的调整 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 如果跑 带 偏向左 边 ，先取出 钥匙 ，拔下 电 源 插头 。使用六角 螺母扳 手，以 顺时针 方向旋 转 跑台左 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 ， 还 有以反 时针 方向旋 转 跑台右 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 。勿 过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电 源插 头与钥匙 ， 让跑 带运转几 分 钟 。重 复 本段 动 作，直到跑帶位在中央位置。 如果跑 带 偏向右 边 ，先取出 钥匙 ，拔下 电 源插 头 。使用六角螺 母扳 手，以反 时针 方向旋 转 跑台左 后侧 的滾筒 调整 螺栓四分之一 转 ， 还 有以 顺时针 方向旋 转 跑台右 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 。勿 过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电源 插 头与钥 匙， 让跑 带运转几分钟 。重 复 本段 动 作，直到跑 带 位在中央位置。 图 6带左右偏调整方式 要增加跑 带 的 张 力 时 ，先取出 钥匙 ，拔下 电源 插 头 。使用六角螺 母 板手，以 顺时针方向旋 转 跑台 后侧 的 两个 滾筒 调整 螺栓各四分之一 转 。跑 带张 力 适当时 ， 应该 可以 将 跑带 的任何一 边 移 离 跑台 3 不能过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电源 插 头与钥匙 ， 让 跑 带运转几 分 种 。 重复 本段 动 作，直到跑 带张 力 适当为止 。 要 减 少跑 带 的 张 力 时 ，先取出 钥匙 ，拔下 电源插头 。使用六角螺 母扳 手，以反 时针方向旋 转 跑台 后侧 的 两个 滾筒 调整 螺栓各四分之一 转 。跑帶 张 力 适当时 ， 应该 可以 将 跑带 的任何一 边 移 离 跑台 3 不能过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的電源插 头与钥匙 ， 让 跑 带运转几 分 钟 。重 复 本段 动 作，直到跑 带张 力 适当为 止。 [9] 图 6带张力大小调整方式 1、 减小跑步带和跑步板之间的摩檫力，保护跑步板表面的耐磨涂层，延长跑带、购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 跑板的使用寿命。 2、减少跑步机的电能消耗。 3、让用户在运动时更流畅。 品质要求 ： 1、耐高温。 2、黏度高。 3、不易挥发。 使用方法： 1、掀开左侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上，控制用量为 10 2、右侧同左侧一样操作方法。 3、将跑步机通电运转在 3 站上去随着跑步带一起运动，用脚有意识的踏压跑步带下涂有润滑油的区域，使其在跑步板上散布均匀。 使用频率： 6个月加注 1次润滑油 注意事项： 不可过量使用，防止摩檫力太小后跑步带和传动滚筒之间打滑影响正常使用。 图 6步板和跑步带 小结 跑步板和跑步带的设计是设计的重点，不光要提供一个宽敞舒适的跑步平台，还得考虑之间的摩擦问题，还有摩擦产生的静电问题，尽量通过细节的设计，提供一个真正的健康的锻炼平台。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 7 多功能设计 腰盘设计 图 7腰盘 【特点】： 1、采用 磁铁制成，抗冲击强度高，密度小，便于运输，完全可以替代铸件，表面光洁度好，不用喷涂，可节省费用 3，重量仅是铸件的 1/7，从运费上可节省 6/7，采用此产品综合成本效益可降低 40%。 盘面突起直指病理反射区穴位，在扭腰同时进行脚底按摩。 2、附有磁铁，有足疗作用。 3、身体随着转盘扭动，使腰部、跨部得到充分锻炼，瘦腰美腿、保持身材。 4、通过磁疗，把磁波传列到人体，在细胞内发生旋涡状的二次电流，排除多余脂肪及毒素。 5、增强血液

购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q I 摘 要 跑步机是家庭及健身房常备的器材，而且是当今家庭健身器材中最简单的一种，是家庭健 身器的最佳选择。专家们相信未来跑步机市场将以高价位产品为主导。低价位产品销售也不错，近几年价格已有上升趋势。这些迹象表明，未来跑步机仍会持续增长。 此次设计的任务为学习相关三维软件并使用软件进行电动跑步机机械部分的零件建摸，结构设计，产品的装配，和最后出产品的 工程 图 。 设计过程中使用了三维实体软件 行了零件的实体建模，和总体结构的设计。设计包括支架，基架，滚筒，跑步板，跑步带等，设计中参考了国内外各品牌结构 和样式，对传动机构进行了精确计算，而且设计中重点突出了 减震系统的重要性和跑步 机的辅助功能的使用以及跑步机的保养问题 ，设计更为人性化，使跑步者能感受到跑步机的力量。 由于跑步机的特殊性，安全问题更值关注，如何正确使用跑步机，和跑步机的保养同样重要。 关键词 总体结构；传动机构；跑步板；跑步机使用；多功能设计 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q he is on of in of it is of up as in in to ...................................................... 24 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 前 言 跑步是目前国际流行并被医学界和体育界给予高度评价的有氧健身运动，是保持一个人身心健康最有效、最科学的健身方式，也越来越受到大家喜爱。 户外长跑曾经是大众最喜闻乐见的运动形式，沿着林荫道 呼吸着早晨清新的空气，听着枝头的鸟鸣，既能愉悦身心，又可锻炼体魄。只是随着都市的大气变得污浊，生活节奏变得紧张，户外长跑变得不那么流行了，而跑步机则成了时下健身最热门的健身器械。跑步机不仅可以让我们免受汽车尾气之苦，也使我们可以选择自己方便的时间随时锻炼。 电动跑步机，又名电动跑台，是多年来国际流行的大众健身器材，通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，锻炼者可体验不同的跑步环境，如平地跑、上坡跑、丘陵跑 、变速跑等，个人可以根据自己的锻炼目的进行锻炼。跑步机在健身者运动时能显示出跑步时的速度、时间、心率、热量、节拍、距离等指标，使健身者能够随时根据自身的身体状况调节训练强度。 跑步机双面宽厚的跑带带给您草地般舒适感觉，马力强劲的电机带给您澎湃恒久的动力，灵敏的控制器配合芯片使您在跑步过程中随心所欲，坚固的钢架以及防爆冲装置使您的安全尽在掌握。电跑使您在繁忙的工作之余仍然可以尽享运动 的乐趣。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 1 总体方案设计 基本功能 跑步机的基本功能就是构建一条运动的跑道，跑道的运动方向与运动者的 跑步 方向相反，但速度必 须自动保持一致，这样就使得运动者能够在原地进行跑步锻炼。 为了 实现跑步机的功能，跑步带的驱动与速度控制通常 是 使用直流电动机驱动，直流电动机又是 通过 使用 半导体功率器件， 从而通过 脉冲宽度控制 （ 方式实现调速 。 [1] 构造设计 多功能电动跑步机主要由机架、电动机 、跑步皮带及仪表控制盘等组成，其特征在于框架与支架垂直连接，前轴与后轴分别装在框架的前后两端，前滚筒与后滚筒分别用轴承套装在前后轴上，跑步皮带张紧绕装在前后滚筒上，跑步皮带下装有支撑跑步板，从动皮带轮的张紧装在前滚筒的一端，电动机和可调电源 ,安 装在框架的前端，控制传感器装在电动机上，速度传感器安装在紧靠在从动皮带轮的框架上，皮带调节螺栓一端连接在电动机外壳的孔板上，另一端连接在焊接于框架前端的孔板上，跑步机扶手架安装于支架的顶端两侧，仪表控制盘安装于扶手架上。传动方式采用带传动机构，传动级为一级。同时在支架上安有扭腰盘和伏地挺身架使机器实现其多功能性。 图 1功能跑步机 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 功能原理的确定 目前市场上比较常见的有传统跑步机和电动跑步机两种。传统跑步机，俗称“被动式跑步机”， 是我国上世纪 80年代从国外引进健身观念时并为适应当时国情 而开发的具有“中国特色”的过渡产物。它的动力来源是运动者通过自身臂部、膝部、踝关节的活动，带动跑步机而产生的运动。速度由运动者自己控制。这种运动方式，表面上看起来似乎能消耗更多的能量，但其时造成的运动伤害也要比在大自然中跑步高出数倍。 据医学专家林共周博士解释在马路上跑步，每跑 1000 米，每只脚就得撞击地面约 1000 次左右。而在传统跑步机上跑步，人体除自身重量产生的震荡外，脚踝、膝部和臀部的肌肉，特别是肌腱，还要额外承担向后的扭力来确保跑带向后运动。由于扭力过度集中在韧带、关节等几个关键受力部位，更容 易使受力部位肌腱组织产生慢性疲劳，造成损伤。很多传统跑步机使用者，发现自己越是认真锻炼，腿部就越跑越粗，关节也越练越没有力气。 传统跑步机并不适合患有脊椎软骨突出、膝关节炎、踝关节扭伤、骨肌腱炎、以及足底筋膜炎等的人，因为长期的跑步可能会加重慢性扭伤的情形或加 速膝关节的老化。 电动跑步机是健身房及家庭较高档的器材， 这种跑步机能减轻传统训练对关节的冲击，避免运动受伤，比自然跑步有明显的优势。跑步时后脚跟先着地，顺着跑带方向运动。手脚模仿跑步的动作，前后挥动，从而使全身肌肉得到均衡的锻炼。由于跑带的运动方向 与脚步移动的方向一致，韧带部位的扭力就抵消了，跑起来非常舒适。康复者、儿童、老年人也可以保持身体平衡，从而集中精力安心锻炼。如果相应的增加运动量，可以加快舞动手脚的速度。用电动跑步机即能消除关节的负载，也能减肥健身，还有益于受伤后身体的恢复。 它通过电机带动跑带使人以不同的速度被动地跑步或走动。由于被动地形成跑和走，从动作外形上看，几乎与普通在地面上跑或走一样，但从人体用力上看，在电动跑步机上跑、走比普通跑、走省去了一个蹬伸动作。正是这一点使每一个在电动跑步机上走跑的人感到十分轻松自如，可使人比普通跑步多跑 1／ 3 左右的路程，能量消耗也比普通走、跑为多。另外，由于电动跑步机上的电子辅助装备功能非常多，可体验不同的跑步环境 。 小结 多功能电动跑步机就是构造一条运动的跑带， 跑道的运动方向与运动者的 跑步 方向相反，但速度必须自动保持一致， 使运动者能在原地进行跑步锻炼。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 2 电动机类型与参数的选择 型功率选择 当人 在跑步 机 上跑步或走路 时 ，跑步 机 所承 载 的重量是 人体 重的 马力就是在 这样的载 重量下， 还 能 满足并维持 所 选择 的速度， 让人 可以在跑步 机 上走跑自如的 驱动 力。通常跑步 机 一 个马 力大概可提供 5060公斤的承 载 重量，但跑步 带面积 大小也和跑步 机马 力有 相当 直接的 关系 ，跑步 机 的 马 力越大，可以 带动 的跑步 带 面 积 也越大，所以 衡量 效率及安全性 后 ，一般 建议 ，家用跑步 机 合宜的 持续 力 应该 至少 力以上，如 果 家人的 体 重有超過 80 公斤，則 应选 续 力以上的跑步 机 。 此跑步机设计标准为 100公斤，则电动跑步机用电动机 永磁直流电动机 该型电动机系大功率跑步机中配套的专用驱动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动元件。该电 动机显著的特点 具有转速精度高，当人在跑步机上运动时，是一个冲击负载，该机在这种冲击作用下一转不差，保持同步转速如同在平地上一样感觉。 表现在调速方便（可无级调速） ，调 速范围宽，低速 性能（启动转矩大），运行平稳，噪音低，效率高。 术参数 [2] 型号 6 电压 220 功率 P 电流不大于 转速 3400±7 转向逆时针 绝缘等级 F 级 72 图 2电动机外型图 图 转矩大才能使用 健身的人跑步较 快 ,但是重量轻 ,因此高速时的转矩需求较小 ;跑步机必须满足家庭成员每一个人都能购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 使用 ,因此调速范围要宽广 ,低速转矩要大 ,才能满足不同重量的人 。 目前跑步机使用的驱动装置以直流电机为多 ,优点是价格便宜 。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 3 传动机构 设计 工作机构类型选择带传动 ,属于定传动比匀速转动机构。带传动具有结构简单，成本低廉 能缓和载荷冲击，运行平稳，无噪声，过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏，具有过载保护作用。 初始条件选择电机为专门为跑步机生产的永磁直流电动机，传动功率 P主动轮转速为 400r/动比定为 i21 由于多楔带适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动，所以择之。以下计算过程所用到的表和图来源 卜炎主编 . 机械传动装置设计手册（上册），机械工业出版社， 1999 [3] 图 3动机构 1、确定设计功率 d＝ （ 3 工作情况系数，根据跑步机使用的特性，选择每天工作时间〈 10 小时，载荷变动 小。 表 8d （ 3 2、带型号的选择 对于多楔带的型号可根据设计功率 小带轮转速 400r/图 8 21选取 ,选 3、确定带轮直径 效直径） 小带轮有效直径 由表 80表 8 带轮有效直径 小带轮节圆直径 △ e*6 （ 3 由表 8 e带轮节圆直径 *7 （ 3 e67 （ 3 由表 8 3、计算带速 v vπ （ 60 1000） m/s （ 3 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 注意 v↑ →离心力、离心应力↑ → →单位时间内的应力循环次数 N↑ v↓ → PF v/100 可知， F↑ →张紧力↑ 一般 ～ 25 m/s，最大 30 m/s，在 8～ 15 m/s 较好 V∏*36*00m/s,合适 （ 3 5、初定中心距 心距的大小对带传动的影响 a↑ →结构大 →由于载荷变化引起带的颤动 →掉带 a↓ →带的长度↓ →在 一定速度下，单位时间内带的应力变化次数 N 愈多，会加速带的疲劳损坏； →当传动比 角↓ 对于 心距 2（ ≥ （ 3 193 初定 50、确定带的有效长度 /2（ （ 3 2*150表 8 50、计算实际中心距 a 中心距的变动范围 考虑安装调整和补偿张紧力的需要（如胶带伸长而松弛后的张紧），尚需给中心距留有一定的调整余量。由表 8,￡ . a2 （ 3 则 、计算小带轮包角 α 1 ≈ ∏ -（ /a （ 3 、带每楔所传递的额定功率及其增量 由带型， 400r/表 8插值法计算的 i2, 400r/表 8插值法计算得 △ 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 10、计算带的楔数 由表 8插值法计算 （ 3 由表 812 11，有效圆周力 Pd/v*103 （ 3 03 260N 12． 作用在轴上的载荷 为设计轴和轴承，需确定带传动作在轴上的力 60* （ 3 楔带带的选择 图 3楔带 根据计算 跑步机传动机构选择 12楔带 [4]。 跑步机多楔带的要求 质量小；结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分均匀，转速高时要经过动平衡 ；轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般为 以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 材料 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为 速较高时宜采用铸钢（或用钢板 冲压后焊接而成）；小功率时可用铸铝或塑料。 [5] 结构 设计 带轮由轮缘，轮辐和轮毂三部分组成 1、 实心式带轮基准直径小于 3d时 2、 腹板式带轮基准直径小于 300～ 350 3、 轮幅式带轮基准直径大于 300～ 350 带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径选择结构形式，并根据带的型号及根数确定轮缘宽度，根据带的型号确定轮槽尺寸 则小带轮 D取实心式，大带轮 D63选取腹板式， 小带轮随电机一起购买。规格 以跑步机大带轮 构和尺寸 要求带轮每毫米有效直径的轮槽轴向圆跳动公差值为 距 e 槽角 α40o± 楔顶圆角半径 底圆弧半径 大值为 验用圆球或圆柱直径 X 2N 最大值 f 最小值为 效线差公称值 ￡ e向跳动公差 间直径差值最大 2,带轮宽 11*[7] 小结 多楔带 适于传递功率较大而又要求结构紧凑的场合，特别能适应带轮直径小的传动。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 4 外型结构设计 为了保证整个系统的稳定性和减震系统的有效性，基架全部采用焊接结构。基架设计是整个设计的基础，也是其他设计的基准。支架，滚筒的选择，以及前后 是依据基架的尺寸和形状设计的，所以设计开始首先考虑基架的设计，进行样式，结构，还有尺寸的确定。主要是通过市场调研，看现有市场上的跑步机的基架结构的流行趋势进行设计，在此基础上进行自己产品的开发，少走弯路，紧跟市场，在 尺寸的确定方面参考了 人 体运动 工 学 推算， 58 带面积，以此保证给人以足够的运动面积，为主要数据展开对基架的设计，再考虑电机的尺寸、传动机构带传动的中心距离、电机的安装、前后滚筒的位置、 速电源的安装位置，以及传感器安装位置的预留等，设计上图的基架，在设计中特意将两边框设计了足够的宽度，为锻炼过程中短暂的休息提供两脚踩放的位置，另外为防止万一跑步机失灵发生意外，人可快速两脚分开脱离旋转的跑带，提供足够的安全踩放位置。 [8] 图 4基架 支架设计分为上下两部 分通过插拔的形式安装和拆卸，目的是包装时节省空间，材料采用空心钢管，连接为焊接，保证支架的稳定性。支架包括扶手、仪表安装、辅助支架，扭腰盘连接处等，仰卧起坐架直接焊接于辅助连杆上。与基架的连接采用螺栓连接，方便位置的调整和拆装。底部安有橡胶垫和尾套，保证平衡，最重要的是实现减震的二级缓冲。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 图 4支架 旋转传动机构必须与执行机构隔离，保证安全性，同时为了技术保护和美观，前后罩使用 观，有质感，能起到有效的防 护作用。设计基准为基架，通过螺钉与基架连接，方便安装和维护维修。 图 4 前罩 小结 整个结构的设计用 行三维的实体设计，使设计简单化，可以把工作的精力大多都放在设计上而不是复杂的制图上。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 5 前后滚筒 轴承类型深沟球轴承，轴承代号 6301 。 轴承参数轴承内径 12，轴承外径 37，轴承宽度 12，额定动载荷 7480，额定静载荷 4650，极限转速 22000， 润滑方式脂润滑。 工作参数径向载荷 向载荷 0，使用寿命 30000，工作转速 荷系数 滚筒轴属于固定心轴 只承受弯矩 M≠ 0；不承受扭矩 T0；轴的毛坯一般用圆钢或锻件。 结构设计应满足的基本要求 1、轴与轴上零件应具有准确的工作位置 定位要求； 2、轴上零件应易于装拆和调整 安装调整要求； 3、轴上零件的固定应牢固可靠 紧固要求； 4、轴应具有良好的制造工艺性 工艺要求； 5、应尽量减少应力集中 提高疲劳强度的要求； 轴的各部分结构名称制造安装要求 1、为便于轴上零件的装拆，常将轴做成阶梯轴； 2、为使轴上零件易于安装，轴端和各轴段的端部应有导角； 3、轴的形状和尺寸力求简单，以便于加工； 4、轴上磨削的轴段有砂轮 越程槽；需车制螺纹的轴段，应有推刀槽。 轴的材料 轴常在交变应力的作用下工作，其材料的要求是强度高、刚度好、应力集中的敏感度小，抗疲劳，加工性能好，有的轴表面要求也较高。 轴的材料主要采用中碳钢 35 或 45 钢和合金钢 20 40。 最常用的是 45钢（含碳量 ），它具有较高的综合机械性能。 此设计采用 45钢。 轴的设计包括两个方面 结构设计使轴具有合理的结构形状，良 好的加工工艺性。 强度计算保证轴在载荷作用下不致断裂或产生过大的变形。 轴的结构设计 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 轴的端部应有 45 度倒角，以便安装时对中，防止锐边划手。 轴的结构设计主要根据以下几个方面 轴上零件的配置；轴上零件的固定；轴上零件的装拆；轴的加工工艺性。 轴上零件的固定可分为两个方向 周向固定传递扭矩和运动，采用过盈配合（轴承内圈）； 轴向 固定 防止零件在运转时产生轴向移动，采用圆螺母。 图 5 滚筒结构 强度计算 由于心轴工作时只承受弯矩而不承受扭矩，所以在应用上式时，应取 T0。由于 是固定心轴，考虑启动，停止等影响，弯矩在轴截面上所引起的应力可视为脉动循环变应力。所以 固定心轴的许用应力应为 。 最大弯矩 M*300弯截面系数 W∏*4 []2*10 5强度 M/W81/∏*481/2*100 5材料采用 45 号调质钢许用弯应力为 102 40〈 102 则通过设计能承受足够的工作强度。 [10] 滚筒要求 主动滚筒的外圆全跳动小于 动滚筒的外圆全跳动小于 筒均采用 厚的优质钢管，光洁度达到 下。滚筒均有防静电处理。滚筒外部经防锈处理。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 图 5前滚筒 图 5后滚筒 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 6 跑步板及跑步带设计 步板 电动跑步机的跑步板，它由基板以及覆盖在基板上或上下两个表面的导电耐磨层构成。导电耐磨层既可长期承受跑步带的摩擦，使用寿命高；又可随时将摩擦产生的静 电荷通过底座导出，避免静电对人体的不舒感和对跑步机造成的损害。基板由高密度或中密度纤维板制作，也可由其它材料制作。使用高密度或中密度纤维板时，强度较高、重量较轻，成本较低，效果较好， 本身也提供一部份的吸震功能， 导电耐磨层可以在基板上喷涂导电耐磨涂料固化制成，也可以在基板上复合耐磨金属板制成。导电耐磨涂料层工艺较简单，成本也较低。复合耐磨金属板则更牢固。复合耐磨金属板为复合铜板时效果更好，更耐磨。 跑带要求双层粘合跑带，具有高传导性， 跑步带国际防滑型，运动时安全可靠 。 跑步 机 ， 其实 就是 提供 一 个 跑步 的 面 积 ，所以 绝对 要在乎跑步 带 面 积 的大小，左右宽 度及前 后长 度都要 够 ， 否则无 法自然 迈开 步伐，跑起來 弯 扭不 顺畅 ，更容易跌倒。 根据 人 体运动 工 学 推算， 581200 应 是一 个 合宜的 参 考面 积 ，然 后 再依 个 人的实际条 件做 增减 。有不少 厂商 生 产 “加 码 “跑步 机 ，跑台加 宽 ，左右踏 条 增大，以 营 造物超所值得 虚 胖假象，但最重要的跑步 带 面 积并没 增加；所以 焦点 要放在跑步 带 面 积 上。理论 上來 说 ，在相同的 马力条件 下，如果跑步 机 所能提供的跑步 带 面 积 越大，且整台 实际 的 占 地面 积 越小， 应 是 较佳 的 设计 。 两个 螺栓 调 整法 图 6带的调整 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 如果跑 带 偏向左 边 ，先取出 钥匙 ，拔下 电 源 插头 。使用六角 螺母扳 手，以 顺时针 方向旋 转 跑台左 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 ， 还 有以反 时针 方向旋 转 跑台右 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 。勿 过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电 源插 头与钥匙 ， 让跑 带运转几 分 钟 。重 复 本段 动 作，直到跑帶位在中央位置。 如果跑 带 偏向右 边 ，先取出 钥匙 ，拔下 电 源插 头 。使用六角螺 母扳 手，以反 时针 方向旋 转 跑台左 后侧 的滾筒 调整 螺栓四分之一 转 ， 还 有以 顺时针 方向旋 转 跑台右 后侧 的滾筒 调 整螺栓四分之一 转 。勿 过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电源 插 头与钥 匙， 让跑 带运转几分钟 。重 复 本段 动 作，直到跑 带 位在中央位置。 图 6带左右偏调整方式 要增加跑 带 的 张 力 时 ，先取出 钥匙 ，拔下 电源 插 头 。使用六角螺 母 板手，以 顺时针方向旋 转 跑台 后侧 的 两个 滾筒 调整 螺栓各四分之一 转 。跑 带张 力 适当时 ， 应该 可以 将 跑带 的任何一 边 移 离 跑台 3 不能过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的 电源 插 头与钥匙 ， 让 跑 带运转几 分 种 。 重复 本段 动 作，直到跑 带张 力 适当为止 。 要 减 少跑 带 的 张 力 时 ，先取出 钥匙 ，拔下 电源插头 。使用六角螺 母扳 手，以反 时针方向旋 转 跑台 后侧 的 两个 滾筒 调整 螺栓各四分之一 转 。跑帶 张 力 适当时 ， 应该 可以 将 跑带 的任何一 边 移 离 跑台 3 不能过 度 锁紧 跑 带 。完成 后 ，插入跑步 机 的電源插 头与钥匙 ， 让 跑 带运转几 分 钟 。重 复 本段 动 作，直到跑 带张 力 适当为 止。 [9] 图 6带张力大小调整方式 1、 减小跑步带和跑步板之间的摩檫力，保护跑步板表面的耐磨涂层，延长跑带、购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 跑板的使用寿命。 2、减少跑步机的电能消耗。 3、让用户在运动时更流畅。 品质要求 1、耐高温。 2、黏度高。 3、不易挥发。 使用方法 1、掀开左侧跑步带，将润滑油沿跑步带方向倒在跑步板上，控制用量为 10 2、右侧同左侧一样操作方法。 3、将跑步机通电运转在 3 站上去随着跑步带一起运动，用脚有意识的踏压跑步带下涂有润滑油的区域，使其在跑步板上散布均匀。 使用频率 6个月加注 1次润滑油 注意事项 不可过量使用，防止摩檫力太小后跑步带和传动滚筒之间打滑影响正常使用。 图 6步板和跑步带 小结 跑步板和跑步带的设计是设计的重点，不光要提供一个宽敞舒适的跑步平台，还得考虑之间的摩擦问题，还有摩擦产生的静电问题，尽量通过细节的设计，提供一个真正的健康的锻炼平台。 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 Q 7 多功能设计 腰盘设计 图 7腰盘 【特点】 1、采用 磁铁制成，抗冲击强度高，密度小，便于运输，完全可以替代铸件，表面光洁度好，不用喷涂，可节省费用 3，重量仅是铸件的 1/7，从运费上可节省 6/7，采用此产品综合成本效益可降低 40。 盘面突起直指病理反射区穴位，在扭腰同时进行脚底按摩。 2、附有磁铁，有足疗作用。 3、身体随着转盘扭动，使腰部、跨部得到充分锻炼，瘦腰美腿、保持身材。 4、通过磁疗，把磁波传列到人体，在细胞内发生旋涡状的二次电流，排除多余脂肪及毒素。 5、增强血液